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最新器官芯片技术为“渐冻人”点燃希望

2018年04月11日 11:26   来源:经济日报-中国经济网   

  经济日报-中国经济网北京4月11日讯(记者陈颐)史蒂芬·霍金与之抗争55年的肌萎缩性脊髓侧索硬化症在人们缅怀这位世界著名物理学家和宇宙学家的同时,再次受到热切关注,尤其是该疾病最新的治疗进展。

  令人兴奋的是,日前,美国西达赛奈医疗中心一项最新研究将为霍金一样的“渐冻人”带来治疗的新希望。

  肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS,amyotrophic lateral sclerosis),俗称“渐冻症”,是一种神经系统疾病。该病是一种侵犯脊髓、脑干、大脑运动神经元的慢性进展性疾病。

  支配肌肉运动的神经元因为人类尚不知道的原因慢慢变性、损害、死亡,肌肉也因此慢慢失去运动的能力,一点点的萎缩,直到死亡。因为这些功能是随着疾病进展逐渐丧失,身体如同被逐渐冻住一样,故患者被称为“渐冻人”。

  对很多“渐冻人”来说,最让他们痛苦的是意识是清醒的,却要看着自己的身体一点点死去,全身动弹不得,直到无法吞咽,没办法呼吸,真切的感受到了生命从身体里的渐渐流逝。

  霍金在疾病后期,仅仅能依靠极小幅度的动作控制电脑,与外界进行沟通。但不得不说,霍金与病魔对抗的时长是一个奇迹,因为“渐冻人”的平均存活时间仅为3-5年。

  ALS非常罕见,10万人中大约有4~6人有可能罹患这种疾病。绝大部分ALS患者都是成年以后发病。ALS病因至今不明,部分病例可能与遗传及基因缺陷有关。虽然发病率很低,但ALS对病人的生活质量及生命构成很大威胁,目前的临床用药也沒有明显效果。

  但是,科学家们一直在研究延缓渐冻症患者病情发展的方法。他们利用一项最新的器官芯片(Organ-Chip)技术,在微型芯片上模拟人体生物学,发现了人脑中最微小的血管可以启动脊髓运动神经元的发育。

  利用这项技术可以追踪芯片上的活体组织,为科学家研究ALS及其他神经退行性疾病的病情进展提供了独一无二的方法。美国西达赛奈再生医学中心的Clive Svendsen博士和Samuel Sances博士近日在美国《干细胞报告》上发表了这一重大研究成果。

  Sances博士说:“直到现在,人们依然认为血管只是用来运输营养和氧气、排出废物和调节血流。我们的研究成果表明,除了运输功能,血管还有重大作用,那就是与神经进行基因层面的交流。”

  西达赛奈的研究人员收集人体皮肤细胞,首先利用基因重组技术将它们转变为诱导性多能干细胞,进而可获得人体多种类型的细胞。在该研究中,一部分诱导性多能干细胞分化为了脊髓运动神经元,这是一种与肌肉相连,能够指示肌肉运动的细胞,在患有肌萎缩侧索硬化症时死亡,而另一部分诱导性多能干细胞分化为了血管细胞。

  随后,在U盘大小的器官芯片上,研究人员成功将脊髓运动神经元与血管连接。如下图所示,脊髓运动神经元(上方,蓝色)与毛细血管细胞(下方,红色)在器官芯片内聚集,并相互作用。这些发现令人眼前一亮。

  Sances博士表示,通过该研究,他们发现血管细胞传递分子信号,可以促进脊髓神经元的发育,让脊髓运动神经元看起来更像是在人类胚胎中的状态。

  原来,在器官芯片内部,脊髓运动神经元会自发地通过电子信号互相传递信息,它们不仅会独立发出信号,也会同时发出大规模信号。研究人员通过一种着色物质来观察神经活动,每次神经元发出信号时会闪烁荧光。

  Sances博士认为,这些发现有两个意义:一是阐明我们的脊髓是怎么生成发育的;二是为改进体外肌萎缩侧索硬化症建模与发现治疗方法创造了基础。

  目前,脊髓器官芯片技术已被运用于一项大型肌萎缩侧索硬化症患者研究中,目的是为这些患者寻找新的生物标志和靶向疗法。而且,芯片上的血管完整无损,可用于研究血管到神经系统的实验疗法的效果,从而加快药物研制的进程。

(责任编辑:张雪)